Конструирование и расчет деталей пресс-форм литья под давлением

Направляющие втулки в подвижной матрице крепятся с помощью буртика (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Пример установки направляющих втулок:

1 – подкладная плита; 2 – направляющий штырь; 3 – подвижная матрица; 4 – направляющая втулка; 5 – неподвижная матрица;

6 – неподвижная плита основания

Направляющая часть центрирующих штырей и втулок выполняется по посадке H3/h3 c шероховатостью поверхности до Rа 1,25. Материалом для их изготовления являются углеродистые стали У7А и У8А с твердостью после закалки RC 50–55. Количество направляющих штырей, устанавливаемых в форму, должны быть не менее двух, но чаще всего их бывает четыре.

Для создания жесткой конструкции подвижной части формы, предусматривающей установку механизма выталкивания, применяются брусы 2 (рис. 1.19), количество которых может быть различным, но не менее двух. Длина бруса (L1) зависит от хода механизма выталкивания и делается на 15–25 мм больше хода выталкивателей.

Толщина бруса (h) рассчитывается из условия его прочности на сжатие (δсж), но не менее размера d + min 20 мм. В брусе предусматривается сквозные отверстия (10) для прохождения крепежных деталей, соединяющих подвижную плиту основания (1) с матрицей (9) и отверстия (11) для установки центрирующих штифтов между неподвижной плитой основания (1), брусом (2) и подкладной плитой (8).

22

Направляющие втулки (6) служат для предотвращения износа колонок (7) и изготавливаются из антифрикционных материалов. Крепление втулок осуществляется в плите выталкивателей с помощью буртика.

Все штифтовые и втулочные выталкиватели, контртолкатели устанавливают в плиты механизма выталкивания. Комплект плит механизма выталкивания состоит из плиты выталкивателей (4), в которой устанавливаются выталкиватели, контртолкатели и направляющие втулки и прижимной плиты (3), являющейся опорой для перечисленных деталей. В плите выталкивателей (4) расположены зенкованные отверстия для установки выталкивателей и контртолкателей, отверстия для направляющих колонок или втулок, отверстия для установки центрирующих штифтов, а также резьбовые отверстия, необходимые для скрепления плит.

Толщина плиты выталкивателей небольшая – 15–25 мм, так как эта плита испытывает малую нагрузку и работает только при возвращении выталкивателей в исходное положение. В процессе выталкивания отливки из формы основная нагрузка приходится на прижимную плиту. Толщина этой плиты в зависимости от конструкции привода и габаритных размеров формы составляет 30–50 мм. Изготавливают плиты из материала Сталь 20, а для особенно нагруженных форм – Сталь 40 с последующей закалкой до твердо-

сти RC 35-40 ед.

В прижимной плите имеются отверстия для прохождения крепежных деталей (11), количество которых колеблется от четырех до восьми (в зависимости от габаритных размеров и нагрузки) и два отверстия для штифтовки плит. При наличии внешних упоров на боковых поверхностях прижимной плиты предусматриваются выступы, предназначенные для привода в движение механизма выталкивания при раскрытии пресс-формы.

24

2.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФОРМЫ

2.1.Расчет пресс-формы на раскрытие

Основным условием работы формы является то, что запирающее усилие Pзап должно превосходить разжимающее усилие Рф от давления жидкого металла в форме

где k – коэффициент запаса; для машин с вертикальной камерой прессования (k = 1,15), с горизонтальной – (k = 1,25);

Рф – разжимающее усилие от давления металла в форме, которое допустимо принять равным произведению давления металла 0в камере прессования (рф) на ΣF

Рф рф F;

ΣF – сумма площадей проекции отливки и литниковой системы на плоскость разъема пресс-формы.

Рассмотрим три основных случая расчета.

1. Площадь проекции поверхности отливок и литниковой системы расположены симметрично оси запирающего механизма машины, по которой приложено усилие Pзап (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема к расчету запирающего усилия при внутренней или симметричной литниковой системе

В этом случае запирающее усилие будет определяться из выражения

Pзап kpф Fотл.

25

2. Площадь проекции отливки Fотл и литниковой системы Fл расположены несимметрично относительно оси литниковой втулки

иоси запирающего механизма (рис. 2.2).

Вэтом случае общая сила Рф, действующая по оси машины со стороны формы, может быть найдена из уравнения моментов сил, стремящихся раскрыть форму относительно точки А.

Рис. 2.2. Схема к расчету для второго случая

Уравнение моментов сил будет иметь вид:

где Р1 = рфFл – сила, действующая со стороны литниковой системы; Р2 = рфFотл – сила, действующая со стороны отливки;

l0 – расстояние от оси машины до края матрицы;

l1 – расстояние от оси машины до центра приложения сил Р1; l2 – расстояние до центра приложения сил Р2.

Таким образом, устанавливается зависимость между размером формы l0 и величиной запирающего усилия Pзап. При увеличении запирающего усилия Pзап размер матрицы l0 может быть уменьшен.

26

3. При расположении оси камеры прессования или литниковой втулки ниже оси запирающего механизма расстояние l0 определяется из неравенства (2.4) (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема к расчету третьего случая

Помимо рассмотренных случаев, в практике встречаются их сочетание. При проектировании необходимо стремиться к такому расположению пресс-формы на машине, чтобы центр тяжести площади проекции рабочей полости совпадал с линией приложения запирающего усилия.

2.2.Расчет усилий удаления подвижных стержней

ивыталкивания отливок

При охлаждении отливки происходит усадка металла, в результате чего образуется плотное соединение между оформляющей поверхностью стержней и выступающих формообразующих частей формы, которое требует значительного усилия для их удаления. Эти усилия зависят от толщины стенки отливки площади оформляющей поверхности стержня типа заливаемого сплава и др. По величине этих усилий рассчитываются приводы стержнеизвлекающего и выталкивающего механизмов.

27

Усилие выталкивания отливки или удаление неподвижного стержня (Pв) или (Pст) определяется из выражения (2.5)

где fтр – коэффициент трения между отливкой и стержнем;

Nст – усилия обжатия оформляющей поверхности стержня металлом.

Усилие обжатия определяется по формуле (2.6)

28

Тогда

где lоф – длина оформляющей части стержня.

Рис. 2.4. Номограмма для определения усилия обжатия стержня

Значение fтр и Pст определяется по справочным таблицам или номограммам, примеры которых показаны в табл. 2.1 и рис. 2.4.

2.3.Расчет основных элементов пресс-формы на прочность

2.3.1.Расчет подкладной плиты подвижной матрицы

Подкладную плиту (3) на прочность рассчитывают из условия, что она жестко закреплена с двух сторон (рис. 2.5).

Изгибающий момент (М), действующий на подкладную плиту, определяется из выражения (2.9)

29

где Рф – усилие от давления металла в форме;

L – расстояние до крепления подкладной плиты.

Рис. 2.5. Схема к расчету подкладной плиты: 1 – вкладыш; 2 – матрица; 3 – подкладная плита; 4 – брус (упор); 5 – плита основания

Напряжения , возникающие в подкладной плите, не должны превышать допустимые напряжения материала плиты на изгиб и .

Прочность на изгиб рассчитывается по формуле (2.10):

где W – момент сопротивления плиты.

Момент сопротивления определяется из выражения (2.11):

где b – половина ширины плиты; h – толщина плиты.

Кроме определения прочности подкладной плиты на изгиб, рассчитывают ее допустимый прогиб ∆ по формуле (2.12)

30